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传热学大全课件

目录

CONTENTS

传热学基本概念与原理

导热理论及应用

对流换热理论及应用

辐射换热理论及应用

传热过程数值模拟方法

传热学实验技术与设备

传热学在工程领域应用案例

传热学基本概念与原理

物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递现象。

热传导

热对流

热辐射

流体中由于温度差异引起的热量传递现象。

物体通过电磁波形式向外发射能量的现象。

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02

01

能源与动力工程

建筑环境与设备工程

材料科学与工程

生物医学工程

提高能源利用效率，优化动力系统设计。

研究材料热物性，优化材料性能。

改善建筑环境，提高设备效率。

研究生物体热传递，应用于医疗诊断和治疗。

导热理论及应用

导热基本定律

导热系数

导热微分方程

傅里叶定律及其物理意义，导热热流密度与温度梯度的关系。

定义、物理意义及影响因素，不同材料的导热系数比较。

建立导热微分方程的步骤，导热微分方程的物理意义及求解方法。

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温度场分布与时间无关，仅沿一个方向传递热量。

一维稳态导热的特点

分离变量法、积分变换法、有限差分法等。

求解方法

平板、圆柱、球等形状的一维稳态导热问题求解过程及结果讨论。

实例分析

多维稳态导热的特点

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温度场分布与时间无关，热量在多个方向传递。

求解方法

02

有限差分法、有限元法、边界元法等。

实例分析

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二维平板、三维球体等形状的多维稳态导热问题求解过程及结果讨论。同时，介绍如何利用计算机程序进行数值求解，提高求解效率和精度。

对流换热理论及应用

流体与固体壁面之间的热量传递过程，涉及流动与传热两个方面。

对流换热现象

根据流动的起因，可分为自然对流和受迫对流；根据流动状态，可分为层流和湍流。

对流换热分类

表示对流换热能力的大小，与流体物性、流动状态、壁面形状和尺寸等因素有关。

包括流体物性（如密度、粘度、导热系数等）、流动速度、壁面温度、壁面形状和尺寸等。

影响因素

对流换热系数

由流体内部密度梯度产生的流动，常见于大气环境和自然水体中。其换热效率相对较低，但无需外部动力。

自然对流

由外部力（如泵、风扇等）驱动流体流动，常见于工程应用中。其换热效率较高，但需要消耗外部能量。

受迫对流

包括实验测定、理论分析和数值模拟等方法，可用于研究对流换热的机理、预测换热性能以及优化换热器等设备设计。

换热分析方法

辐射换热理论及应用

物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。

热辐射定义

基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律。

热辐射基本定律

描述物体辐射能力的物理量，与温度、波长、方向等因素有关。

辐射力与辐射强度

在所有波长上完全吸收所有入射的电磁辐射的理想物体，其发射率等于1。

黑体辐射特性

介于黑体和透明体之间的物体，其发射率小于1且随波长变化。

灰体辐射特性

接近于灰体，但发射率随波长和温度的变化而变化。

实际物体的辐射特性

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辐射换热强化与削弱措施

改变表面状况、采用高发射率材料、改变空间环境等。

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辐射换热计算基本方法

净热量法、有效辐射法、热流密度法等。

02

辐射换热计算实例

两平行平板间的辐射换热、包围在大空间中的物体辐射换热等。

传热过程数值模拟方法

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差分方程的建立

网格划分与离散化

边界条件的处理

求解算法

通过泰勒级数展开等方法，将微分方程转化为差分方程，进而在计算机上进行求解。

将连续的物理空间划分为离散的网格，每个网格节点上的物理量用差分方程进行描述。

采用迭代法、追赶法等数值计算方法对差分方程进行求解，得到各网格节点上的温度分布。

针对不同类型的边界条件，如Dirichlet边界、Neumann边界等，采用相应的差分格式进行处理。

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变分原理与加权余量法

单元刚度矩阵与载荷向量的组装

有限元空间的构造

边界条件的处理与求解

通过变分原理或加权余量法，将微分方程转化为等价的变分问题或加权余量问题。

选取合适的形函数，构造有限元空间，使得近似解能够逼近真实解。

针对每个单元，计算刚度矩阵和载荷向量，并按照一定的规则组装成整体刚度矩阵和载荷向量。

引入边界条件，对整体刚度矩阵和载荷向量进行修正，采用直接法或迭代法进行求解。

谱方法

利用正交多项式或三角函数等作为基函数，将微分方程转化为代数方程进行求解，具有高精度和快速收敛的优点。

有限体积法

将计算区域划分为一系列控制体积，每个控制体积上的物理量通过守恒定律进行描述，适用于流体传热等问题。

无网格方法

不需要对计算区域进行网格划分，而是基于点云数据或粒子系统进行数值模拟，适用于复杂形状和动态传热等问题。

传热学实验技术与设备

介绍各种温度测量原理及相应传感器，如热电偶、热电阻等。

温度测量

讨论热量计的原理和使用，包括热流计、热功率计等。

热量测量

阐述热导率、比热容、